基于物聯網技術的三峽智能監管系統架構研究

鄧家佩，王國鋼，司馬俊杰，汪健

（長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443000）

三峽河段近9年連續實現了“零死亡、零沉船、零污染事故”，但總體安全形勢穩中有險，穩中有憂。為適應新形勢下、新發展階段的新要求，提高安全風險防控能力，著力防范化解重大風險，站著三峽樞紐河段“大通航”、“大安全”的角度，開展三峽通航智能監管需求研究，提出“全面感知、廣泛互聯、深度融合、智能應用、安全可靠、機制完善”的三峽通航智能監管功能框架，實現三峽通航要素、通航數據和通航趨勢的個性化展示；水文氣象、船舶動態、船閘運行等各類通航安全風險預測預警的智能化監管；轄區交通流、船閘、錨地、靠泊設施等實時狀態的智能船岸互動；為下一步三峽通航監管智能平臺的開發建設打下基礎。

1 現有監管系統建設和安全監管模式

1.1 現有監管系統建設

CCTV 系統: 長江三峽通航管理局CCTV 系統作為交管系統中一個極其重要的組成部分，作為雷達監控的有效補充，通過視頻圖像處理等高新技術，實現對三峽河段航道、錨地、船閘、碼頭和渡口等重點水域的實時監控。

VTS 系統：三峽通航VTS1000 系統是船舶交通管理及信息系統中船舶管理和調度的重要組成部分。它是我國首套自主研發的VTS 系統，主要利用雷達、VHF、AIS 系統以及網絡視頻等傳感器全天候監控轄區內船只，配合執法部門進行船舶管理。

AIS 系統：長江海事局AIS 系統是工作在VHF 頻段的自主連續廣播系統，主要功能包括船舶動態信息服務、安全信息服務、海事管理統計分析等功能。

北斗系統：交通運輸部水運科學研究院研發的多功能單北斗船載智能終端（MT-15）目前在三峽通航水域廣泛安裝，終端能夠實現三峽通航船舶過閘遠程申報、船上人員身份信息遠程采集及在線核查、電子航道圖、指泊離泊、船岸交互、船務管理等功能 ，能夠為船舶提供更加便捷、高效的通航服務。

1.2 安全監管模式

通航指揮中心主要負責船舶航行過程中的動態安全監視以及應急狀態下的協同處置，交管中心作為通航指揮中心下設具體執行船舶安全監視職責的部門，負責掌握轄區船舶動態監管信息。三峽海事局負責三峽水域范圍內的船舶通航安全管理、危防管理、船舶安檢、航標維護等，以及轄區航行通（警）告管理、水上交通安全事故、船舶及相關水上設施污染事故的應急處置等通航監管職責。錨地主要負責在錨船舶的安全監管，包括船舶進出錨地及靠泊時的安全動態監視。船閘及升船機管理處主要負責閘室及升船機廂內的過壩船舶的動態安全監視。

圖1 轄區安全監管流程圖

2 基于物聯網技術的三峽智能監管系統總體架構

整合集成三峽局現有監管系統，包括船舶交通管理系統（VTS）、船舶自動識別系統（AIS）、三峽局視頻監控系統（CCTV）、GPS 系統、長江三峽—葛洲壩航運調度系統（調度系統）、航標遙測遙控系統（航標系統）、水情氣象系統、船舶超吃水檢測系統、三峽-葛洲壩船舶過閘GPS 遠程申報系統、單北斗航標系統、船閘運行狀態監測系統等，創新通航要素、智能預警、智能監管、智能輔助決策分析等功能模塊，實現監管功能的提升。

2.1 物聯網技術應用

物聯網作為信息技術的深度擴展使用，是新一代信息技術應用突破的重點發展方向，目前已在交通運輸領域深入應用。歐洲海事安全局使用以色列Orca AI 計算機感知系統，通過現有雷達、GPS 定位、感光相機等的組合來分析船只周圍的數據，然后將其疊加到增強現實界面上，允許導航員快速閱讀任何特定情況。廣東海事局利用船舶交通管理系統（VTS）、船舶自動識別系統（AIS）、船舶遠程識別與跟蹤系統（LRIT）、閉路監控電視系統（CCTV）、全球衛星定位系統（GPS）等構建了“廣東智慧海事監管服務平臺”。

2.2 三峽智能監管系統需求研究

（1）三峽通航智能預警需求。通過設置安全預警規則，實現轄區水文氣象異常、船舶航行動態、待閘錨地錨泊、重點船舶、通航建筑物及配套設施異常、船舶防污染、助航標志異常等各種情況的預警提示，為監管人員提供參考依據。

（2）三峽通航智能助導航需求。實現三峽樞紐水域船岸全面互動，按調度計劃規劃航路實現船舶自動導航、信號燈自動控制、船舶交通流擁堵提示、區域氣象水文異常提示、交匯水域提示、應急避險提示、過河水域提示、緊迫局面提示、船閘運行狀態提示、計劃進度提示、靠泊順序及泊位提示、岸電應用引導提示等智能互動。

（3）三峽通航智能決策應用需求。通過VTS、AIS、GPS、智能卡口系統等多種感知手段的綜合分析，計算得出某航段內的通航流量數據、船舶航行動態、船舶違章、船舶過壩、應急疏散、錨泊分布等特征，可以以數據表格、折線圖、GIS 航道熱力圖等多種表現形式，對航道通航流量進行統計分析和直觀展示，便于不斷地優化安全監管策略，使管理決策更智能、更準確。

（4）三峽通航智能應急救援需求。通過VTS、北斗衛星導航、CCTV 等系統，向應急指揮人員提供最佳的處置信息，提供事故現場畫面的顯示，保證快速反應力量與指揮系統保持實時聯系，為應急指揮提供輔助決策。

2.3 三峽智能監管系統總體架構

為滿足以上功能需求,結合目前較為成熟的物聯網技術構建的三峽智能監管系統總體框架,包括數據支撐、服務層、應用感知終端 、用戶層、安全保障體系五個部分 。

數據支撐層。提供統一的基礎軟件服務,包括船舶交通管理系統（VTS）、船舶自動識別系統（AIS）、三峽局視頻監控系統（CCTV）、GPS 系統、長江三峽—葛洲壩航運調度系統（調度系統）、航標遙測遙控系統（航標系統）、水情氣象系統、船舶超吃水檢測系統、三峽-葛洲壩船舶過閘GPS 遠程申報系統、單北斗航標系統、船閘運行狀態監測系統等。實現接收、轉換和存儲智能感知終端采集的數據以及各類應用服務系統中的數據,為系統的正常運行提供數據支撐，同時實現與省、部級海事主管部門和其它領域相關部門的數據交換與共享 。

服務層。包括智能預警功能、智能助導航功能、智能輔助決策功能、應急救援功能。

應用感知終端。包括攝像頭、手機終端 、各類傳感設備等,實現不同部門監管人員在同一平臺對三峽河段船舶進行監管。

用戶層。向三峽船閘管理處、葛洲壩船閘管理處、海事管理部門、通航指揮中心、升船機管理處錨地管理處等部門提供服務。

保障體系。包括安全保障、標準規范、基礎設施和運營保障體系。安全保障采用安全技術產品,依據安全管理制度和技術規范,保障系統物理安全、網絡安全 、系統安全和應用安全。標準規范包括系統建設中應遵守的各種國家、行業、地方標準，為實現資源整合和系統拓展奠定基礎。基礎設施和運營保障建設基礎設施,配備人員和資金,建立長效運行機制,保障系統長期穩定運行和可持續發展 。

3 結論

圖2 三峽智能監管系統總體架構

在現有監管系統以及技術手段的基礎上，充分利用5G、物聯網、大數據等信息化技術，進一步明確三峽通航智能預警及監管、智能伴航服務需求，優化轄區智能監管策略，研究三峽通航智能安全監管需求，構建三峽智能監管系統總體架構，為建設智能綜合監管平臺建設打下基礎，有效提升三峽河段水上交通安全管理水平和水上突發事件的預警與處置能力。